强基工程

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技术先进性说明:

应用在汽车轻量化、航空航天、军工等

主要技术参数:

一、简要技术说明

主要研究内容:

本项目采用自主研发的AZ91-Y-Ca系镁合金材料取代传统的ZL102铝合金,并采用无熔剂真空感应熔炼技术与压铸工艺铸造成型,研制了某导弹飞行记录器壳体并满足其对力学性能的要求,实现减轻重量15. 7%,同时提高电磁屏蔽以及减震性能。

1.AZ91D+Y+Ca高强耐热压铸镁合金材料研究

项目采用真空感应熔炼技术,将AZ91D镁合金作为基体,以稀土元素Y与碱土元素Ca作为合金化元素,研究这两种元素单独及复合添加对合金组织的影响并对机理进行分析。

研究发现Ca与Y分别单独添加到合金中都可以起到细化α-Mg基体组织,使脆性的β-Mg17Al12相减少且分布均匀化,Ca在较少添加量时就有明显的效果,但Y整体效果更为显著。

当Ca添加量较少时(0.8wt%),Ca会溶入到β-Mg17Al12中,当Ca的添加量为1.2wt%时,Al2Ca相在界面处生成,与β-Mg17Al12连续。

当Y添加量为0.8wt%,Al2Y像弥散分布在合金中。实验结果表明,在Y的添加量为1.2wt%时,力学性能最佳。

研究发现在1.2wt%Y的基础上,复合添加Ca可以均匀化合金组织,而Ca也溶入到β-Mg17Al12相中,从而使得合金力学性能进一步提升。而室温拉伸强度在Ca的添加量为0.6wt%时达到最优值。

2.镁合金无溶剂感应熔炼技术研究

传统的压铸技术中采用熔剂熔炼工艺带来一些操作上的困难,特别是在热室压铸中,这种困难更加严重。同时,熔剂夹杂是镁合金铸件最常见的缺陷,严重影响铸件的力学性能和抗蚀性,尤其是大型复杂薄壁铸件,大大阻碍了镁合金的广泛应用。

为保证大型复杂薄壁铸件的力学性能,项目组使用真空感应熔炼炉,采用镁合金“无溶剂感应熔炼技术”,通过无芯感应加热原理,具有升温快,熔化率高,保温好,节能等优点,采用直接测温,实行多点温度监控,将镁合金熔液温度精准的控制在700℃,最大限度保证产品的质量。

采用处于真空室内的高频感应或中频感应来熔炼和提纯镁合金,并加以电磁搅拌,具有以下优势:

①镁合金无夹杂、无气体、纯度高、性能好,

②熔炼时无须添加熔剂,可避免熔剂本身形成夹杂。

3.大型复杂薄壁镁合金铸件压铸工艺研究

< 1> .压铸模具仿真模拟技术

飞行记录器壳体为薄壁件,其长度较长,投影面积较大,铸造成型有相当的难度,采用模拟软件对模具结构进行论证和优化;通过合理设计浇口、流道、集渣包控制镁合金液的流向与流速;通过控制模具温度场调节镁合金液的冷却凝固速度。

< 2> .采用熔炼—保温—压铸密闭传输工艺

镁合金化学性质活泼,在输送和浇注的过程中极易氧化形成夹渣,对镁合金铸件的强度、耐腐蚀性产生明显的影响,因此需要采取必要的保护措施。项目组采用保护气体,并使用密闭自动浇注系统,以阻止熔体在输送及浇注过程中的氧化。

飞行记录器壳体为复杂薄壁、大面积结构,液体的纯净度会影响液体的流动性和飞行记录器壳体的成型质量。采用镁合金气体保护及密闭定量浇注技术对提高飞行记录器壳体的成品率起重要作用。

项目创新点:

1.在A291镁合金中添加Y、Ca,并优化配方,使其力学性能有较大提高。

2.采用无熔剂真空感应熔炼技术、密闭自动输送技术减少了熔炼时的氧化和夹杂

3.采用高压铸造工艺与模具仿真技术解决了复杂薄壁镁合金结构压铸充型问题。

4,项目产品与铝合金相比,实现减重15.7%。

二、主要技术经济指标

1.技术指标

项目实施过程中,公司取得了重大关键共性技术突破,通过细化基体组织,使β-Mg17Al12相减少且分布均匀化,能够进一步提高合金的力学性能。高强韧镁合金强度指标得到进一步提升,扩大了高强度镁合金的应用领域和应用范围。

室温下:新材料试棒力学性能指标:

Rm≥370Mpa,   Rp0.2≥279Mpa,A≥8.690

产品本体取样力学性能指标:

Rm≥311Mpa,   Rp0.2≥241Mpa,A≥4.0%

200℃高温下:新材料试棒力学性能指标:

Rm≥306Mpa,   RPO.2≥227Mpa,   A≥10. 8%

产品本体取样力学性能指标:

Rm≥256Mpa,   RPO.2≥202Mpa,A≥7.6%:

2.经济指标

由于项目产品尚未定型,尚未在航空航天领域实际生产应用。但就其各项技术性能改善及减重效果来看,将会创造极大的经济价值效果,尤其是航空航天领域。根据航天器每減重一磅节约3万美金计算,本项目材料的成功研发和应用,带来的经济效益将是数亿美元。目前该项技术我们主要应用在民用市场,开发出多款轻量化摩托车轮毂产品,新增销售3000万元,创利税800万元。




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